一种永磁同步电机速度控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及永磁同步电机转速控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电机速度控制方法及装置，方法包括：建立考虑周期和非周期扰动的永磁同步电机的数学模型；设计基于迭代学习策略的扰动观测器，实现对永磁同步电机所受包括转矩脉动在内的集总干扰的估计；设计基于扰动观测器的快速积分终端滑模速度控制器，以实现对永磁同步电机的脉动抑制。本发明专利技术通过设计新型的快速积分终端滑模和基于迭代学习的扰动观测器，有效抑制转矩脉动现象，从而保证控制系统具有良好的鲁棒性和动态响应性能，以能够实现电机速度的快速跟踪，对周期性转矩脉动影响较大的电机系统,可有效提高跟踪精度。响较大的电机系统,可有效提高跟踪精度。响较大的电机系统,可有效提高跟踪精度。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机速度控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机转速控制
，具体而言，涉及一种永磁同步电机速度控制方法及装置。

技术介绍

[0002]永磁同步电机以其高功率密度、高转矩惯量比和高效率被广泛应用于电动汽车、数控机床、光电转台、船舶推进等不同领域；然而，参数失配，被控模型的非线性以及由磁通谐波、齿槽转矩、逆变器非线性和电流检测误差引起的永磁同步电机转矩脉动，降低系统的跟踪性能和稳定性。
[0003]积分终端滑模以其响应速度快，超调量小和干扰抑制能力强等优点常应用于电机速度控制，能够提高永磁同步电机伺服控制系统的抗干扰能力；然而，传统的积分终端滑模控制器在跟踪误差远离平衡点时收敛速度慢，因此需要一种新型的快速积分终端滑模控制，该策略能够使跟踪误差较大时有较快的收敛速度，进而实现跟踪误差的快速收敛；但是在扰动未知时，滑模控制需要选择较大的切换增益来保证系统的鲁棒性，这会使电机系统产生剧烈的抖振现象。
[0004]使用扰动观测器对扰动进行估计并补偿是一种削弱滑模控制抖振现象的有效方法；然而，由于转矩脉动具有高带宽的特点，传统扰动观测器基于慢时变扰动，对周期性扰动的观测能力有限；因此，需要一种基于迭代学习的新型扰动观测器，对周期性扰动进行估计并补偿，实现转矩脉动的抑制和抖振的削弱。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种永磁同步电机速度控制方法及装置，能够实现电机速度的快速跟踪，对周期性转矩脉动影响较大的电机系统,可有效提高跟踪精度。
[0006]根据本专利技术的一实施例，提供了一种永磁同步电机速度控制方法，包括以下步骤：
[0007]建立考虑周期和非周期扰动的永磁同步电机的数学模型；
[0008]设计基于迭代学习策略的扰动观测器，实现对永磁同步电机所受包括转矩脉动在内的集总扰动的估计；
[0009]设计基于扰动观测器的快速积分终端滑模速度控制器，以实现对永磁同步电机的脉动抑制。
[0010]进一步地，建立考虑周期和非周期扰动的永磁同步电机的数学模型具体为：
[0011]设永磁同步电机的输出电磁转矩为：
[0012][0013]其中，T
e
及T
cog
对应表示电机电磁转矩和齿槽转矩；θ
e
，n
p
对应表示为电机的电角度和极对数；ψ
f
，ψ
6i
对应表示永磁同步电机永磁磁通和第6i阶磁通谐波幅值；i
q
，Δi
inverter
,Δi
offset
,Δi
scaling
分别对应表示q轴电流、由逆变器非线性、电流传感器偏移及缩放引起的电
流误差；
[0014]其中，Δi
inverter
,Δi
offset
,Δi
scaling
,T
cog
可进一步表示为：
[0015][0016]其中，R
s
和L
s
分别对应表示为电机的定子电感和电阻，A1,A2,θ5,θ7,V
dead
分别是谐波的幅值、初始相角及死区效应引起的电压改变；Δi
a
，Δi
b
对应表示为相电流i
a
，i
b
的直流偏移，θ1是取决于Δi
a
和i
b
的常值角度；i
s
表示相电流的幅值；k
a
，k
b
分别对应表示为a相和b相电流的缩放因子；T
cogi
表示第i次齿槽转矩谐波的幅值；N
c
表示电机齿槽数和极对数之间的最小公倍数；
[0017]由式(1)及(2)有，磁通谐波及逆变器的非线性和齿槽转矩在电磁转矩中产生6倍的谐波分量，电流传感器偏移在电磁转矩中产生1倍的谐波分量，电流传感器缩放在电磁转矩中产生2倍的谐波分量；所以电磁转矩主要由一个直流分量和第1、2、6、12次谐波分量组成，则可简化为：
[0018][0019]其中，k表示谐波阶数，T
e0
，T
ek
，φ
k
分别对应表示为直流分量、谐波分量的幅值及相角；
[0020]永磁同步电机的运动方程表示为：
[0021][0022]式中，J表示转动惯量，ω
m
表示机械角速度，B表示粘性阻尼系数，T
L
表示负载转矩；
[0023]考虑到系统参数不确定性、未知负载转矩以及电流环追踪误差，可将永磁同步电机的速度环数学模型改写为：
[0024][0025]其中，k
t0
、J0、B0分别对应表示为电磁转矩系数、转动惯量及阻尼系数的标称值；d表示集总扰动项，表达式为：
[0026][0027]式(5)与式(6)即为考虑周期和非周期扰动的永磁同步电机的数学模型，相比与传统的永磁同步电机数学模型，不仅仅考虑到系统参数不确定性、未知负载转矩以及电流环追踪误差等非周期性扰动，同时引入周期性的转矩脉动。进一步通过本专利技术提出的控制方
法实现转矩脉动的抑制。
[0028]进一步地，设计基于迭代学习策略的扰动观测器，实现对永磁同步电机所受包括转矩脉动在内的集总干扰的估计具体为：
[0029]通过在扰动观测器方程中引入迭代学习控制律提高传统扰动观测器对周期性干扰的估计能力，通过迭代学习策略的扰动观测器表达式表示所述永磁同步电机所受集总扰动的估计，基于迭代学习策略的扰动观测器表达式为：
[0030][0031]式中，e
j
及e
j
‑1分别对应表示为第j个和第j
‑
1个迭代周期转速的估计误差；ω
mj
、及分别对应表示为第j个迭代周期的转速、转速估计、期望q轴电流及扰动估计；K表示观测器增益系数；转速估计误差通过带遗忘因子的P型迭代学习律更新，γ表示学习增益；ξ表示遗忘因子，根据迭代误差收敛的充要条件，应满足0≤ξ＜1。
[0032]进一步地，基于迭代学习策略的扰动观测器，以测量转速值和q轴电流给定值作为输入信号，并输出集总干扰的估计。
[0033]进一步地，永磁同步电机速度环的快速积分终端滑模控制器以扰动观测器输出的集总扰动的估计,给定转速值及测量转速值作为输入信号，并输出q轴电流给定值。
[0034]进一步地，永磁同步电机的速度环采样频率为1
‑
4kHz。
[0035]进一步地，永磁同步电机的转速观测误差数据存储间隔设置为1
°
。
[0036]一种永磁同步电机速度控制装置，包括：
[0037]模型建立模块，用于建立考虑周期和非周期扰动的永磁同步电机的数学模型；
[0038]扰动观测器设计模块，用于设计基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：建立考虑周期和非周期扰动的永磁同步电机的数学模型；设计基于迭代学习策略的扰动观测器，实现对所述永磁同步电机所受包括转矩脉动在内的集总干扰的估计；设计基于扰动观测器的快速积分终端滑模速度控制器，以实现对所述永磁同步电机的脉动抑制。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，所述建立考虑周期和非周期扰动的永磁同步电机的数学模型具体为：设所述永磁同步电机的输出电磁转矩为：其中，T
e
及T
cog
对应表示电机电磁转矩和齿槽转矩；θ
e
，n
p
对应表示为电机的电角度和极对数；ψ
f
，ψ
6i
对应表示永磁同步电机永磁磁通和第6i阶磁通谐波幅值；i
q
，Δi
inverter
,Δi
offset
,Δi
scaling
分别对应表示q轴电流、由逆变器非线性、电流传感器偏移及缩放引起的电流误差；其中，Δi
inverter
,Δi
offset
,Δi
scaling
,T
cog
可进一步表示为：其中，R
s
和L
s
分别对应表示为电机的定子电感和电阻，A1,A2,θ5,θ7,V
dead
分别是谐波的幅值、初始相角及死区效应引起的电压改变；Δi
a
，Δi
b
对应表示为相电流i
a
，i
b
的直流偏移，θ1是取决于Δi
a
和Δi
b
的常值角度；i
s
表示相电流的幅值；k
a
，k
b
分别对应表示为a相和b相电流的缩放因子；T
cogi
表示第i次齿槽转矩谐波的幅值；N
c
表示电机齿槽数和极对数之间的最小公倍数；由式(1)及(2)有，磁通谐波及逆变器的非线性和齿槽转矩在电磁转矩中产生6倍的谐波分量，电流传感器偏移在电磁转矩中产生1倍的谐波分量，电流传感器缩放在电磁转矩中产生2倍的谐波分量；所以电磁转矩主要由一个直流分量和第1、2、6、12次谐波分量组成，则可简化为：其中，k表示谐波阶数，T
e0
，T
ek
，φ
k
分别对应表示为直流分量、谐波分量的幅值及相角；所述永磁同步电机的运动方程表示为：
式中，J表示转动惯量，ω
m
表示机械角速度，B表示粘性阻尼系数，T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永停，杨天，李洪文，王建立，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：